第12章食品干燥原理用加熱的方法除去濕物料中的濕分以獲得固體產(chǎn)品的單元操作稱為干燥。

干燥方法按加熱方式可分為四大類：(1)導熱干燥熱量通過與食品物料接觸的加熱面直接導入，使材料中的濕分汽化排除，達到干燥的目的。

(2)對流干燥熱量以對流的方式傳遞給濕物料，使食品材料中的濕分汽化，以達到干燥的目的。

干燥介質(zhì)（空氣）既是載熱體又是載濕體。

(3)輻射干燥熱量通過電磁波的形式由輻射加熱器傳遞給食品材料表面，再通過材料自身的熱量傳遞，使內(nèi)部的濕分汽化，達到干燥的目的。

(4)介電加熱干燥在高頻電場中，食品材料中的濕分分子處于高速旋轉(zhuǎn)與振動，由此產(chǎn)生的熱量使?jié)穹制?，達到干燥的目的。

干燥操作既包含傳熱過程又包含傳質(zhì)過程，兩者的傳遞方向可能相同，也可能不同，但遵循的規(guī)律是：熱量傳遞方向：熱量總是由高溫區(qū)向低溫區(qū)傳遞。

物質(zhì)傳遞方向：物質(zhì)總是由高濃度（或高分壓）區(qū)向低濃度（或低分壓）區(qū)傳遞。

干燥進行的必要條件：物料表面的濕汽的壓強必須大于干燥介質(zhì)中濕分的分壓。

此差值越大，推動力越大。

本章所論及的濕分為水分，干燥介質(zhì)為熱空氣。

1 濕空氣的熱力學性質(zhì)1.1 濕含量（濕度）H濕含量是濕空氣中水蒸汽的質(zhì)量與絕干空氣的質(zhì)量之比。

v v a a v v a v p P p M n M n m m H -===2918或 v v p P p H -=622.0 （kg/kg 絕干氣）式中：p v 、P-分別為水蒸汽分壓和濕空氣總壓，Pa 或kPa 。

濕含量也可理解為單位質(zhì)量（1kg ）絕干空氣中所容納的水蒸汽質(zhì)量。

1.2相對濕度φ濕空氣中水蒸汽分壓與同溫度下水的飽和蒸汽壓之比。

s v p p =φ式中：p v 、p s -分別為水蒸汽分壓和同溫度下水的飽和蒸汽壓，Pa 或kPa 。

相對濕度用來衡量濕空氣的不飽和程度，反映濕空氣的吸收水汽的能力，φ值越小，吸收水汽的能力越強。

對于飽和濕空氣，φ=1（或100%）； 對于絕干空氣，φ=0。

注意：當濕空氣達到飽和時，表示其中所含的水蒸汽量已經(jīng)達到最大值，超過此值的水分量必將以液態(tài)水的形式析出。

因此，φ≤1。

∴ s s p P p H φφ-=622.01.3濕空氣的比熱容C H 和濕比容υH將濕空氣中1 kg 絕干空氣及其所帶的H kg 水蒸汽的溫度升高1℃ 所需吸收的熱量。

v a H HC C C += 將絕干空氣及水蒸汽的平均比熱容代入可得：H C H 93.10.1+= （kJ/kg 絕干氣·℃） 濕空氣的濕比容υH 是指含有1 kg 絕干空氣的濕空氣所占有的體積（m 3/kg 絕干空氣）。

PP t H H 02732734.22)18291(?+??+=υ 或 P P t H H 0273273)244.1772.0(?+?+=υ式中：t-濕空氣的溫度，℃；P 0、P-分別為標準大氣壓和濕空氣的壓強，Pa 或kPa 。

對常壓濕空氣，P 0/P=1。

1.4 濕空氣的熱含量(焓)I濕空氣的熱含量（或焓）I 是指含單位質(zhì)量絕干空氣的濕空氣的焓。

具體應用時，以0 ℃的絕干空氣和0 ℃的液態(tài)水的焓值為零作為計算起點。

H t t H t C Lv t C I v a )93.12500(0.1)(0++=++=或H t H I 2500)93.10.1(++= (kJ/kg 絕干氣) 式中: t 為濕空氣的溫度,℃。

1.5 干球溫度t 和濕球溫度t m干球溫度t ：用一般溫度計所測得的空氣溫度；濕球溫度t m ：用濕球溫度計所測得的空氣溫度。

濕球溫度計：將溫度計的感溫部分包以濕紗布，使其始終處于潤濕狀態(tài)所構(gòu)成的溫度計。

濕球溫度形成的原理：因物質(zhì)交換(濕度不同)導致熱量交換,最終達到熱、質(zhì)的傳遞平衡。

傳熱達平衡時,有：Lv H H A k t t A Q s H m )()(-=-=α或 )(H H Lv k t t s H m --=α式中：H s -液滴表面空氣層的飽和濕含量； k H -氣化系數(shù)，kg/（m 2·s ）；L V -水在t m 下的汽化潛熱，kJ/kg ； α-對流傳熱系數(shù)，kW/(m 2·℃)；A-傳熱（質(zhì)）面積，m 2。

對空氣—水系統(tǒng):α/k H =C H ≈1.09kJ/kg. ℃1.6 露點t d濕空氣的露點t d 是不飽和空氣在其總壓和濕度保持不變的情況下，被冷卻降溫達到飽和狀態(tài)時的溫度。

若濕空氣的溫度降低到露點以下，則所含超過飽和部分的水蒸氣將以液態(tài)水的形式凝結(jié)出來。

由于濕度不變，因此有： sd sd v v s p P p p P p H H -=-==622.0622.0或 H HP p sd +=622.0此式即為露點計算式。

由上式求得p sd 后，查飽和水蒸汽表可得t d ；或由下式計算t d ：235182.4030561.23+-=d sd t Lnp式中，p sd 的單位為Pa ，t d 的單位為℃。

濕空氣的幾個溫度之間的關系： 對于不飽和濕空氣，有 t>t m >t d ； 對于飽和濕空氣，有 t=t m =t d 。

2 濕空氣的濕焓圖及使用方法2．1 濕空氣的濕焓圖（H －I 圖）見書P791，F(xiàn)ig12-5，本圖是在總壓強等于101.33 kPa 下繪制的。

特別提示：濕焓圖上的任一參數(shù)值均是以1kg絕干空氣為基準的。

濕空氣的H-I圖由以下諸線群組成：1）等濕度線（等H線）群等濕度線是平行于縱軸的直線群，數(shù)值從0到0.15kg/kg絕干氣。

2）等焓線（等I線）群等焓線是平行于斜軸的直線群（與縱軸的夾角45o），數(shù)值從0到480kJ/kg絕干氣。

3）等干球溫度線（等t線）群等干球溫度線是一系列向上傾斜但互不平行的直線群，數(shù)值從-10℃到185℃。

4）等相對濕度線（等φ線）群等相對濕度線是一系列向上傾斜彎曲的曲線群，從φ=5%到φ=100%共11條。

5）水蒸汽分壓線圖中右下角的一系列水平直線群，數(shù)值從0到18kPa。

2.2濕焓圖的應用1）由H-I圖上任一狀態(tài)點確定濕空氣的狀態(tài)參數(shù)值，方法見下圖：由圖可清楚的看出：對于不飽和濕空氣，有t>t m>t d；對于飽和濕空氣（狀態(tài)點A落在φ=100%線上），有t=t m=t d。

特別提示：濕焓圖上φ=100%線上任一點均表示濕空氣處于飽和狀態(tài)。

2）由濕空氣的任意兩個獨立參數(shù)在H-I圖上確定狀態(tài)點A。

a）已知t，t m b）已知t，t d c）已知t，φ3. 濕空氣的基本狀態(tài)變化過程3．1 間壁式加熱和冷卻以及冷（卻）凝減濕過程1）間壁式加熱和冷卻特點：等濕過程，過程線為直線，加熱↑，冷卻↓。

2）間壁式冷（卻）凝減濕過程當濕空氣被冷卻至露點時，空氣達到飽和狀態(tài)，濕空氣中的水蒸汽就開始在冷卻面上凝結(jié)出來，隨著冷卻過程的進行，水分也不斷析出，而溫度則不斷降低，但空氣始終維持在飽和狀態(tài)，這時，過程線主要沿φ=100%線變化。

特別提示：當空氣濕度不變時，既可用濕比熱法又可用焓差法計算狀態(tài)變化的熱量，但空氣濕度變化時，只能用焓差法計算狀態(tài)變化的熱量。

3．2 不同狀態(tài)濕空氣的混合過程設有兩股空氣，對應的絕干空氣量為L1和L2，對應的狀態(tài)為（H1，I1）和（H2，I2），混合后的濕度和焓值可由物料及熱量衡算求得。

混合前后水分量不變：L1H1+ L2H2=（L1+L2）H m混合前后焓值不變：L1I1+ L2I2=（L1+L2）I m由上兩式可得：211212L L I I I I H H H H m m m m =--=--可見，混合點m （在H-I 圖上）位于1，2兩狀態(tài)點的聯(lián)線上，且m 點劃分線段1-2，使2112L L m m = （杠桿定律）。

同時可由上兩式解得：212211L L H L H L H m ++= ，212211L L I L I L I m ++=［例12-1］空氣的溫度為30℃，露點溫度為12℃，問：(1)當冷卻到16℃時，相對濕度為多少？(2)有600 m3的空氣，當溫度從30℃冷卻到2℃時，能失去多少千克水？解：（1）等濕冷卻過程。

首先確定新鮮空氣的狀態(tài)點（H1=0.0088，φ1=33%），然后作等濕線與t=16℃的等溫線相交，可讀得過此交點的φ值為80% 。

（2）冷凝減濕過程。

先由等溫線t=2℃與ф=100%線的交點可讀得H 2=0.0043kg/kg 絕干氣。

然后計算新鮮空氣的濕比容以求絕干空氣量L 。

絕干氣kg m H /870.027*******.22)180088.0291(3=+??+=υ除去的水分量：kg H H L W 11.3)0043.00088.0(690)(21=-?=-=4. 濕物料的基本性質(zhì)4.1 濕物料的形態(tài)和物理性質(zhì)(1) 濕物料可按其外觀形態(tài)的不同而分為下列幾種：①～⑧ （P793）絕干氣kg VL H 69087.0600===υ(2)濕物料又可按其物理化學性質(zhì)的不同粗略分為兩大類：①～②（P794）4.2 濕物料中水分存在形式和表示法(1)物料中水分存在形式①機械結(jié)合水：這部分水處于食品表面和粗毛管中，與干物質(zhì)結(jié)合較松弛，以液態(tài)存在，易于除去。

②物理化學結(jié)合水：這部分水是指吸附水、滲透水和結(jié)構(gòu)水，其中吸附水與物料結(jié)合比較牢固，難于除去。

③化學結(jié)合水：這部分水是經(jīng)過化學反應按一定比例滲于干物質(zhì)分子內(nèi)部，與干物質(zhì)結(jié)合比較牢固，若去掉這部分水必然要引起物理性質(zhì)和化學性質(zhì)的變化，這種水不是干燥要排除的。

(2)物料中水分含量表示法表達方法有濕基含水量和干基含水量兩種。

① 濕基含水量ω：濕物料中含有的水分質(zhì)量與濕物料的總質(zhì)量之比。

濕物料的總質(zhì)量濕物料中水分質(zhì)量==G W ω②干基含水量X ：濕物料中含有的水分質(zhì)量與絕干物料的質(zhì)量之比。

濕物料中絕干物料質(zhì)量濕物料中水分質(zhì)量==C G W X兩者之間的換算關系為ωω-=1X ，X X +=1ω4．3 平衡水分平衡水分：濕物料與一定狀態(tài)（溫度和濕度一定）的空氣接觸達平衡時，殘余在濕物料中不能排除的水分。

平衡水分與空氣相對濕度的關系曲線稱為吸附等溫線。

若干種食品的吸附等溫線參見圖12-9，10和表12-1。

平衡水分與物料的性質(zhì)和空氣的狀態(tài)有關。

濕物料中各種水分的意義：由圖可得：當物料性質(zhì)一定時，它的平衡水分與空氣的狀態(tài)有關。

當溫度不變時，平衡水分與空氣的相對濕度的關系是：空氣的相對濕度越大，平衡水分也越大。

一般當φ不變時，溫度升高，平衡水分略有降低，但溫度變化范圍不大時，可認為平衡水分僅與φ有關。

可除去水分：在干燥操作中所能除去的水分，即物料中所含大于平衡水分的那部分水分。

特別提示：改變空氣的狀態(tài)，就可以改變物料的平衡水分。

5．濕物料常壓熱風干燥過程通常干燥系統(tǒng)由兩個主要部分組成：空氣預熱器和干燥器（室），如圖所示。

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